采用工作面预注浆通过高突煤层施工方案

1、采用工作面预注浆通过高突煤层施工方案刘 晗(中煤一建四十九处 河北 邯郸 056001)摘要本文介绍了在瓦斯压力高达3.1MPa的高突矿井施工中首次采用工作面预注浆法作为防突措施,对井筒周围煤层中瓦斯通道进行封闭,顺利通过突出煤层的作业方案,在施工中取得了较好的效果.应用该项技术，在沙曲煤矿南风井立井揭煤施工中取得了安全快速、经济高效的效果。关键词工作面预注浆法高突煤层 施工方案Face Pre-grouting method to expose coal seams high inrush Liu han(China Coal Crop.49 Projects Places HANDAN 0

2、56001)Abstract Introduced in high-conflict mine construction used as a face Pregrouting outburst prevention measures, The smooth operation of coal by highlighting the program, During the construction has made good results. Application of the technology, Shaqu southerly in wells open coal mine constr

3、uction to obtain a security Express、The effect of cost-effective。Key words Face Pregrouting High inrush seam 一、概况（一）矿井概况沙曲矿南翼进风立井由中煤一建四十九处承建, 井筒设计深度680.0m, 净直径7.0m，采用普通法施工。根据山西省西山煤矿总公司地质处绘制的沙曲矿南翼风井检查孔柱状图和井筒实际揭露地层情况,进风井井筒将在累深622.99 m、631.17 m处依次揭露4、5煤层,厚度分别为2.27 m、2.39m. 相邻的北翼风井在通过4,5号煤层时, 经煤炭科学研究总院抚

4、顺分院实测,4、5煤层瓦斯压力最高达到2.5MPa,为有突出危险的煤层。（二）地质情况及煤层位置1井筒依次穿过第四系、新第三系、二叠系、石炭系太原组。2煤层根据地质资料,4煤位于井筒深度622.99m,煤厚2.27m，亮煤为主，沥青光泽；5煤位于井筒深度631.17m,煤厚2.39m，半暗型，夹亮条带，光泽暗淡，内生节理发育.相邻的北翼风井在通过该煤层时曾对压力进行检测,瓦斯压力在2.5MPa左右.通过打抽放孔进行瓦斯抽放,两个半月后,压力始终保持在0.9MPa左右.二、揭煤程序(一) 施工方案的确定因4#和5#煤层为突出煤层，且瓦斯含量高、压力大。如何安全快速通过此煤层,技术人员多方搜集资料

5、,反复论证各种施工方案.传统方法是采用安设瓦斯抽放泵进行抽排瓦斯,作为防突措施,但采用该措施存在以下缺点:瓦斯排放时间长,工序复杂,工期无法确定,人员窝工严重.根据沙曲矿生产资料和防突管理要求，结合以往在两淮地区施工高瓦斯矿井经验,经研究讨论,决定采用“注、堵、排” 法作为防突措施.具体方法是:在距离煤层5m时停止掘进,浇筑混凝土止浆垫,沿井圈位置打孔注浆,对煤层的瓦斯通道进行封闭,之后在井筒范围内施工瓦斯排放孔,对瓦斯进行排放,待压力排放至允许范围内,采取放震动炮的方法,揭穿煤层. 为保证南翼风井安全顺利揭煤，中煤四十九处与煤炭科学研究总院抚顺分院签订协议,要求对煤层进行打钻并准确测定瓦斯压

6、力,以便确定采取防突措施后进行效果检验.南翼进风井揭煤程序如图所示。超前探煤防突措施设计注浆、排放措施效果检验措施无效补充防突措施有效安全防护措施揭穿煤层压力测定(二) 工期预计工期:三个月预计工期排队表序号工作内容工期15天30天45天60天75天90天备 注1准备工作52打钻测压103工作面注浆154瓦斯排放405揭4号煤86揭5号煤87收尾490三、施工过程（一）钻孔探煤接近煤层时,对煤层进行超前打钻探煤。即在井筒施工距4#煤层顶板10m时，打2个超前钻孔，探明煤层准确位置。过程如下：1施工至预计井深时，停止工作面掘进，将已掘井筒进行永久支护，清理找平迎头岩面，由工程测量技术人员实测井筒

7、深度，将实测井深标至已砌好的井壁上，并现场圈定探煤孔开孔位置。2探煤孔1和探煤孔2沿煤层倾向布置。其中探煤孔1开孔位置距井筒中心线2m，方位角142，钻孔按铅垂线向西偏离5进行施工；探煤孔2开孔位置在井筒中央，沿井筒中心线施工。探煤钻孔穿过4#和5#煤层，进入5#煤层的底板不少于500mm。3采用TXU200A钻机施工探煤孔，钻头直径90mm，钻杆直径60mm。4探明煤层位置后，立即用水泥、黄砂、黄泥（1：1：1）配制砂浆进行封孔。（二）煤层瓦斯压力测定1测定内容探明煤层位置后，在距4# 煤层顶板法距10m处对4# 和5#煤层各施工2个测试钻孔，进行煤层瓦斯压力测定,以便掌握煤层瓦斯压力情况。

8、以及采取防突措施后，能更好的观察煤层瓦斯压力卸压情况。2钻孔施工1）施工至预计井深时，停止工作面掘进，将已掘井筒进行永久支护.完成支护后，清理找平迎头岩面，然后铺上500mm厚的标号为C30的混凝土，待混凝土完全凝固后（凝固时间控制16h以上），由工程测量技术人员现场圈定测试孔开孔位置。2）4个测试孔开孔位置距井筒中心均为2m，对称井筒中心线垂直间隔布置，按铅垂方向施工。其中测试孔1和测试孔2穿过4#煤层的底板0.5m，测试孔3和测试孔4穿过5#煤层底板0.5m。测试孔布置见图。3现场测试1）测试钻孔施工完毕后，在孔中插入带有压力表接头的12.5mm镀锌管制做的导气管， 4#煤导气管长度12m

9、，5#煤层导气管长度19m。其中导气管节长2m，中间用管箍联接，在联接前将丝扣用生料带缠好，以确保其气密性。2）封孔前必须用压风将孔内水排净，同时严禁岩粉渣掉入孔内，采用水泥、水玻璃混合物注浆封孔，套管前端处焊有挡板（直径小于孔径10mm，厚度4mm），挡板后加一块直径大于孔径10mm、厚度为5mm的密封胶垫，胶垫后加一相同直径的挡板并与前一挡板用螺拴（N5、4个）固定夹紧胶垫。对所采水泥砂浆要有防淋水设施，以确保封孔质量。3）施工时应注意保护好钢管，以防其弯曲、折断或丝扣变形等。4）导气管采用水泥砂浆直接封孔至孔口，封孔时应先固定导气管，以防其掉入孔中；为防止导气管发生前端堵塞现象，必须在导

10、气管前端管壁上打1m长对穿筛孔(孔间距100mm)。5）待水泥砂浆凝固后，在每个导气管上安上压力表（4Mpa）测压，测压前如对测压钻孔进行充氮气加压，充氮气的压力为0.7Mpa。6）详细记录压力上升与时间的关系，直到压力稳定为止。稳定后的压力即为煤层瓦斯压力。测压钻孔封孔结构见图。4.实测瓦斯压力埋设测压管后,经过实测,第一天4和5煤层的瓦斯压力分别为0.7MPa和1.7MPa(两测孔平均值),7天分别后达到最高值2.6MPa和3.1MPa,观察一天后,瓦斯压力持续不变.其间变化如下: 瓦斯压力变化统计表 (单位:兆帕)第1天第2天第3天第4天第5天第6天第7天4煤层0.70.91.51.92

11、.12.42.65煤层1.72.12.42.62.82.93.1由测压结果来看,4和5煤层瓦斯压力已经大大高于煤矿安全规程中对突出煤层压力0.74MPa的界定标准.根据此结果,按照预订的揭煤方案,对煤层进行工作面预注浆作为防突措施,并对效果进行检验.（三）工作面预注浆施工方法采取工作面预注浆防突措施，即沿井壁最外圈施工一圈注浆钻孔，用注浆泵对4和5煤层注入水泥浆和水玻璃，用以加固煤体，封堵瓦斯通道,从而达到防突的目的。1.注浆(1) 注浆段高的确定: 注浆起始位置在距4号煤层顶板10m，终孔位置应超出5号煤层底板5m，段高25m。(2) 注浆压力终压的确定:注浆的终压按照瓦斯测压情况,注浆终压

12、取瓦斯压力的3-5倍。浆液扩散半径达到井筒荒径以外68m。(3) 浆液：采用水泥单液浆和水泥-水玻璃双液浆交替进行。施工中每段注浆前应对瓦斯检查孔测量瓦斯压力，根据实测压力及时调整注浆终压。(4)注浆孔布置注浆孔数的确定按公式N=（D-2A）/L式中：D为井筒净径，取D=7m，钻孔终孔圈径13.8m；A为孔口距井筒净径距离，A=0.5m；L为孔间距，取L=1.5m，终孔间距5m。经计算得N12（个）。注浆孔的径向倾角按公式 =tg-1（S+A）/H确定式中：为钻孔径向倾角；S为终孔超出井筒净径的距离，S=4 m；A为钻孔距井筒净径距离，A=0.5m；经计算钻孔径向倾角分别为6。浆液注入量计算：

13、Q=aVn其中：V-需要固结或充填的体积 m3 n-孔隙率,取3% a-注浆损失系数，取1.5Q=aVn=1.5（1212-44）3.14250.03=452 m3 单、双液浆比例取1：0.5。注浆孔布置及浆液帷幕预计交圈图见图3-3。 注浆孔布置及浆液帷幕预计交圈图(5) 止浆垫止浆垫选用C30素混凝土,厚度2m。在钻孔开钻前对混凝土止浆垫及其下的岩柱进行注浆加固，使其能够达到注浆施工要求。打钻注浆设备：打钻采用QK-100型潜孔钻机。注浆采ZJB-60/210双液注浆泵。（6）注浆结束标准当注浆压力缓慢上升，吸浆量逐渐减少，一直达到设计终压。（四）瓦斯排放因4#煤、5#煤有突出危险性，瓦斯

14、含量高，压力大；为达到快速卸压效果，缩短揭煤工期，针对现场实际，决定采取瓦斯排放防突措施，排放工序如下:1排放钻孔施工根据防治煤瓦斯突出细则要求，设计施工4圈共52个卸压排放钻孔，排放孔直径94mm，终孔位置控制到井筒轮廓线外6.2m，钻孔孔底间距3.0m，所有钻孔穿过煤层底板不小于0.5m。排放钻孔布置图见图3-5。 排放钻孔布置图2防突措施效果检验开始施工瓦斯排放孔后,随着孔数的增多,瓦斯压力开始出现明显下降,由最高值时的3.1MPa和2.6MPa,逐步下降至0.3MPa和0.05MPa。瓦斯压力变化如图所示.观察两天,待压力稳定后，进行防突措施效果检验:用TXU200A钻机分别对4#煤、

15、5#煤打效果检验孔，测定煤层残余瓦斯压力值，经效果检验压力指标与原测压孔数值基本相符,在临界值内，采取防突措施有效.根据原定施工方案,决定采用放震动炮揭穿煤层.四、震动放炮揭穿煤层 （一）施工方案1采用国产SJZ-6.7型伞钻，6部YGZ70型凿岩机，配55mm的钻头打眼，钻进前确定钻进距离，保证距煤层的保护岩柱不小于2m。2当工作面掘进到距煤层顶板2m时，采用震动放炮揭穿煤层，在揭透4#煤层后，再掘进（保持与5#煤层岩柱厚度大于2m），重新打孔采用放震动炮揭穿5#煤层。 （二）爆破参数及炮眼布置图 爆破参数表项目圈 别1234567合计眼数（个）10152025313763201圈径（mm）

16、1800280038004800580070008000角度（）90909090909085眼深（mm）1800400018004000180040001800眼距（mm）556582594602583590400装药量（kg/眼）0.92.40.92.40.92.40.7283.8起爆顺序联线方式串 并 联每眼雷管数1212121 炮眼布置图六、过煤层支护1临时支护范围从4#煤层保护岩柱1m起至5#煤层底板1m处，累计深度24.5m。2临时支护步骤震动放炮揭开煤层后，应及时并加强支护。尽量使煤层减少暴露时间，避免延期突出的危险以及因煤质软造成塌帮.采用22a槽钢加工与井径相对应的井圈，井圈内

17、径4000mm，井圈架设间距700mm一道。架井圈时，第一道井圈架在4#煤层最高处向上1m的顶板岩层中，每道井圈共由6段L=4200的22a槽钢组成，架第一道井圈要使用钢轨橛子托住井圈，每段井圈安设3个钢轨橛子，固定后开始架设井圈，架设两架时，在井圈与井壁间铺设6钢筋网片，然后用槽钢（8 L=1000mm花背），间距350mm，压实铁丝网，并采用木楔（厚度60mm，宽度50mm）楔实，保证与井壁密实牢靠；对超挖井帮，钢筋网片后充填笆片背实，除第一架井圈外，井圈之间用自制S型钢筋钩子（22mm钢筋加工）连接，掘进够一个段高3.6m后，立即落凿井模板进行砌壁。与下一段高连接的S型钢筋钩子提前预埋在

18、刃角里（外露长度根据实际情况而定）。再循环挂网、架井圈临时支护，临时支护通过5#煤层并进入5#煤层底板下1.0m后，停用井圈临时支护。3施工步骤（1）首先找净井帮活石危矸，在安装第一架井圈处用风锤打橛子眼，安装第一架井圈，每间隔1400mm距离打一个眼，眼深和橛子埋深不小于1.2m（打眼水平度技术人员要控制好）。（2）在打好的眼内安装钢轨橛子。（3）下放井圈，安装固定好第一架井圈后，再采用特制的S型挂钩挂在第一架井圈上，架设固定第二道井圈，依次再架井圈。（4）架完两道井圈后，在井圈与井壁之间，要先铺设6mm钢筋网片，再用槽钢背板压实，对超挖井帮，钢筋网片后充填笆片背实，要最大限度挪动井圈挤实背板，最后采用木楔楔实井圈与槽钢。（5）掘进和临时支护够3.6m段高后，落模板砌壁。（6）在先前预埋好的钢筋钩子上挂井圈，进行下一个循环段高，直至通过5#煤层并进入5#煤层底板1.0m处。本次揭煤工作历时一个月,安全、顺利通过4#煤、5#煤层,比预计揭煤时间缩短两个月.结束语:通过本次在沙曲煤矿南翼风井使用工作面预注浆法作为瓦斯防突措施,揭露有突出危险的煤层,经实践检验取得了良好的效果和经济效益,为今后施工类似矿井提供了重要的施工经验